O potencial sustentável dos sistemas leves na produção da habitação
social
Célia Regina Moretti Meirelles(1) Mario Lasar Segall (2) Fabio Raia (3) Jéssica Alves
Mesquita(4) Henrique Ferrarini Ferreira(5)
(1) Universidade Presbiteriana Mackenzie-UPM, São Paulo, Brasil. E-mail:[email protected]
(2) Universidade Presbiteriana Mackenzie-UPM, São Paulo, Brasil. E-mail: [email protected]
(3) Universidade Presbiteriana Mackenzie-UPM, São Paulo, Brasil. E-mail: [email protected]
(4) Universidade Presbiteriana Mackenzie-UPM, São Paulo, Brasil. E-mail:[email protected]
(5) Universidade Presbiteriana Mackenzie-UPM, São Paulo, Brasil. E-mail: [email protected]
Resumo: O trabalho faz uma análise do potencial construtivo dos sistemas leves: o Steel frame e Wood
frame, na produção de habitações de baixo custo, em função da grande demanda habitacional existente
no Brasil. A relevância da pesquisa frente a sustentabilidade está na discussão do sistemas de vedação,
e composição das paredes nos processos leves. Nos sistemas leves as paredes são compostas, de com
materiais leves e renováveis como os painéis produzidos a partir de madeira reflorestada, e com
materiais isolantes. A pesquisa compara isolantes convencionais como a lã de rocha e fibra de vidro com
materiais renováveis como o isopor biodegradável e a fibra de coco. Para analise do potencial
construtivo dos sistema escala será apresentado a aplicação do estudos de caso do condomínio Colina
das Pedras em Bragança Paulista construído pela empresa Steel Frame do Brasil LTda. Nos últimos
dez anos, foram implantados no Brasil o desenvolvimento do parque industrial voltado para a produção
dos componentes do sistema, em especial do Steel frame, com a criação de manuais, formas de
financiamento da tecnologia aplicada à habitação pela Caixa Econômica Federal, assim como em
divulgação e treinamento de profissionais. Outros aspectos de grande relevância são a leveza da
construção, a rapidez construtiva e a qualidade final da construção que pode ser muito superior às
construções convencionais em concreto e em alvenaria. O fator determinante na sustentabilidade é a
minimização do uso de argamassas a base de cimento.
Palavras Chave: sistemas leves, sustentabilidade, conforto.
Abstract: This work analyzes the constructive potential of lightweight systems: the steel frame and wood
frame, the production of low-cost housing, due to the large existing housing demand in Brazil. The
relevance of the research front the discussion of sustainability is in sealing systems, and composition of
the walls in lightweight processes. In systems lightweight walls are composed of lightweight materials
such as panels and renewable produced from timber plantations, and insulating materials. The study
compares conventional insulation such as rock wool and fiberglass with renewable materials such as
Styrofoam and biodegradable coconut fiber. To analyze the constructive potential scale of the systems
will be showed cases studies of the application of the condominium Hill of Stones in Bragança Paulista
built by Steel Frame of Brazil Ltda. In the last ten years, were implanted in Brazil development of the
industrial park facing the production of system components, particularly the Steel frame, with the
creation of manuals, forms of financing technology applied to housing by Caixa Economica Federal, as
well as in dissemination and training of professionals. Other aspects of great importance are the
lightness of construction, speed and quality constructive final construction can be much higher than
conventional constructions in concrete and masonry. The determining factor in sustainability is to
minimize the use of cement based mortars.
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Keywords: lightweight systems, sustainability, comfort.
1. INTRODUÇÃO
Os sistemas construtivos leves como o Wood frame e o Steel frame, são sistemas construtivos
considerados por muitos pesquisadores como sustentáveis, pois quase não produzem resíduos na
construção civil, em especial os sistemas industrializados que parte de uma montagem de componentes
criteriosa. O sistema steel frame tem sido muito utilizado em países como Estados Unidos, Japão e Chile
na construção de casas e edifícios habitacionais de 5 andares, devido a fatores como rápida montagem,
leveza, mas também devido ao seu comportamento espacial e a sua estabilidade frente a terremotos. O
aço é uma “liga metálica composta basicamente de minério de ferro e carbono”, o processo siderúrgico
para sua produção primária passa diversas transformações que envolvem altas temperaturas, e uma grande
energia para sua produção, entretanto tem como característica de grande importância ser quase 100%
reciclado. A energia gasta na reciclagem é em média 70 % menor que na produção primária. (DIAS,
1997)
Os processos construtivos aplicados as habitações sociais no Brasil apresentam falta de flexibilidade no
projeto de arquitetura, uma baixa qualidade e durabilidade na construção, a falta de um conforto térmico,
entre outros fatores. Para determinar um maior rigor na produção da habitação social, foi criada a norma
de desempenho a NBR 15575(2012). O conceito de desempenho aplicado a habitação social integra
projetos e processos construtivos, buscando construções de maior qualidade, mais duráveis, sustentáveis,
eficientes, e confortáveis (BLANCO, 2010)
O grupo de pesquisa Wood for Good aponta três fatores relevantes na sustentabilidade, a flexibilidade, a
transportabilidade e a reciclagem. Segundo Wood for Good (2008), “vivemos em mundo que está em
constante mudança, onde a flexibilidade do ambiente construído é importante”. O projeto de arquitetura
deve considerar a flexibilidade para ampliações ou eventuais alterações e indicar elementos que
possibilitem futuros reaproveitamento dos materiais ou da construção como um todo. Esses conceitos são
compatíveis com processos construtivos racionais voltados para construção sustentável, em especial com
processos construtivos com alto grau de industrialização e controle de qualidade como os processos leves
em especial o steel frame.
O trabalho avalia os processos construtivos leves e as composições das vedações. A análise tem como
ênfase os materiais dos painéis de fechamento e o conforto térmico dentro do edifício. A pesquisa discute
o rebatimento das informações na produção dos edifícios de 4 a 5 pavimentos aplicados aos sistemas
leves em steel frame que começam a ser produzidos no Brasil.
2. OS SISTEMAS LEVES
Os processos construtivos leves chamados “Light Steel Framing” são uma adaptação dos sistemas
Americanos em madeira “wood frame” para o aço. O “wood frame” apresenta dois sistemas: O “Baloon”
e o “Platform”, como pode ser observado na figura 1. No sistema plataforma as paredes são formadas por
quadros estruturais, com montantes de pequena dimensão, espaçados a cada 40 cm a 60 cm, com altura
de um pavimento, sendo independentes em cada pavimento, permitindo maior facilidade na préfabricação e na montagem em obra. O sistema Balão é o mais antigo, mas apresentava a desvantagem
de ter peças da altura final da edificação, enquanto no sistema plataforma as peças tem a altura de um
pavimento, facilitando a execução da estrutura assim como da fixação dos painéis de vedação. A
estrutura em steel frame é composta da paredes portante, da estrutura de piso que forma uma plataforma,
das travamentos e e contraventamentos e da estrutura do telhado. A figura 1 mostra uma imagem
simplificada dos dois sistemas.(KRAMBECK,2006)
2
a
b
Figura 1: a) Sistema balloon. b) sistema Plataforma.
Fonte: adaptado de KRAMBECK, 2006.
O steel frame é uma técnica que aplica os conceitos de construção industrializada, onde a construção
trabalha espacialmente com paredes portantes, como em uma gaiola de passarinho, diferente do sistemas
utilizados no Brasil compostos de vigas e pilares, em concreto armado e com vedações em alvenaria.
No steel frame a estrutura se remete ao sistema plataforma e é realizada com perfis formados a frio, ou
dobrados a frio, produzidos a partir de chapas finas com espessura de 0.8 mm a 1,25mm (NBR 6355,
2003). Devido à galvanização o perfil pode ser cortado ou furado sem perder sua proteção contra
corrosão. Em geral os montantes são perfis em U enrijecido e as guias de base, superior e travamento em
U com alturas mais usuais de 90; 140; 200; 250; 300 mm e largura 40 mm; 38 mm.
3. O CONCEITO DE DESEMPENHO
Os conceitos de desempenho aplicados ao edifício buscam uma visão integrada do projeto, buscando um
projeto mais sustentável com um maior ciclo de vida na construção, economia de energia e uma
construção mais durável. A incorporação dos parâmetros de desempenho vem sendo aceita por parte dos
arquitetos, engenheiros pesquisadores do mundo devido ao reconhecimento do impacto que as decisões
de projeto pode gerar na qualidade do espaço construído. Os projetos que aplicam o parâmetro de
desempenho incorporam conceitos como construção de ecoeficiência e sustentabilidade.
A definição mais reconhecida do conceito de desempenho foi elaborada em 1982 por Gibson (apud
Borges; Sabbatini, 2008) “a abordagem de desempenho é, acima de tudo, a prática de se pensar em
termos de fins e não de meios, focando nos requisitos que a construção deve atender e não a forma como
esta deve ser construída”. No Brasil, os estudos referentes à Norma de Desempenho se iniciaram em
2000, com financiamento da FINEP, validando os “projetos para a criação de um sistema de avaliação”
com base no conceito de desempenho da edificação, com grupos de pesquisa renomados, como o IPT
(Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo) e o LABEEE (Laboratório de Eficiência
Energética em Edificações) da UFSC, entre outros colaboradores, resultando na publicação, em 2008, do
texto da norma NBR15575 “Desempenho de Edifícios Habitacionais de até cinco pavimentos”.
(BORGES; SABBATINI 2008). A norma recebeu revisões em 2010 e entra em vigor em 2012.
Segundo Blanco (2010), a NBR 15575 divide os sistemas em termos de desempenho: estrutural;
segurança contra incêndio; segurança no uso e operação; estanqueidade; desempenho térmico; acústico;
lumínico; durabilidade e manutenibilidade; conforto tátil e antropodinâmico; adequação ambiental.
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3.1. Experimentos e Análise das vedações nos sistemas leves
As composições das paredes dos sistemas steel frame ou wood frame devem ser leves, além de
apresentar um conforto térmico e acústico, ter um baixo índice de propagação do fogo e ser de um
material de baixo impacto ambiental. Nestes sistemas o fechamento mais aplicados nos Estados
Unidos, Canadá e Chile são composições com duplo painel OSB (Oriented Strand Board) e um material
de isolamento térmico no meio. O painel OSB é painel de tiras de madeira orientadas, e intercaladas,
produzido a partir de madeira de reflorestamento, nas dimensões 1.20 x 2.40 metros e 1.20 x 3.0 metros.
No projeto de pesquisa “Tecnologia das Construções em Madeira: adequação dos sistemas de fechamento
e vedação, realizado em 2010, foi realizado um amplo estudo dos materiais aplicados aos painéis de
vedação e um estudo do desempenho das paredes. Os materiais proposto no projeto de pesquisa foram a
Lã de Rocha, a Lã de Vidro e o Isopor. Em função das discussões do grupo voltadas ao conceito de
construção sustentável, foram analisados novos materiais em associação à composição do OSB como
Terra, Argila Expandida, Bagaço de Cana, Fibra de Coco, Ar, Água, Terra misturada, entre outros.
(MEIRELLES et a,2011)
As caixas utilizadas na experimentação da análise térmica dispostas no ambiente foram construídas na
escala 1:10 mas com paredes na escala 1:1, composta de duplo OSB + recheio, sendo OSB ( 2.54 cm )+
recheio de 6 cm + OSB ( 2.54 cm ). A figura 2 ilustra o painel estudado. Os recheios Ar, Lã de Rocha, Lã
de Vidro, Isopor, Terra, Argila Expandida, Bagaço de Cana, Fibra de Coco, Terra misturada, etc. Sendo
toda a envoltória (paredes, piso e cobertura) com duplo OSB. Uma única caixa recebeu 1 OSB foi
chamada de cobertura simples.
Figura 2 : painel composto de 2 OSB e um isolante no meio. Fonte: dos autores
Foram realizados experimentos dentro do laboratório LABCON-FAU-MACKENZIE com uma fonte
interna de calor buscando avaliar o comportamento térmico de cada material de forma “isolada”, e
experimento com as caixas expostas ao sol. A definição da Zona de Conforto térmico para países de
clima quente, por Givoni (1992) estabelece uma temperatura aceitável figurando entre 18 e 29°C.
Em princípio, os materiais que mais se aproximaram de uma solução satisfatória para os painéis de uma
Habitação de 60 M2 chamada de Habitáculo, e devem ser selecionados para novas pesquisas, foram a Lã
de Vidro, a Lã de Rocha, o Bagaço de Cana e a Fibra de Coco, associados a um sanduíche de duas
pranchas de OSB. Todos esses materiais demonstraram uma capacidade significativa de redução da
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velocidade de transmissão de temperatura, bem como diferenças mais baixas entre o início e o pico de
transmissão em experimentos realizados no laboratório com fonte interna de calor.
Nas medidas experimentais com as caixas expostas ao sol, à caixa com cobertura simples com 1 OSB
confirmou sua ineficácia ao apresentar valores de temperatura acima do limite máximo, sendo
acompanhada pela caixa com Argila Expandida e pela caixa com paredes de duplo OSB com câmara de
Ar no meio (vazia, portanto). As medidas foram realizadas em um dia típico de verão, considerando as
caixas submetidas a temperaturas externas e na pior posição de insolação. Observamos que as medidas
foram realizadas medidas pelo termômetro analógico, e é importante observar que as caixas representam
o protótipo em escala reduzida, e não em escala real.
Dos experimentos com as caixas expostas ao sol, um dos materiais mais eficientes foi à composição de
duplo OSB com recheio em Fibra de Coco, que também tem a vantagem de ser um material natural
renovável e relativamente leve. A composição de duplo OSB com recheio Bagaço de Cana também
demonstrou um grande potencial para reter a temperatura, sendo necessário, porém, investir no processo
de produção, na retirada do açúcar e no direcionamento de resíduos não aproveitáveis gerados. A
composição de duplo OSB com recheio Lã de Vidro e a Lã de Rocha apresentam um bom desempenho
térmico, muito próximo à eficiência das fibras, entretanto envolvem grande gasto de energia em sua
produção.
O Isopor é um dos materiais mais utilizados nas casas pré-fabricadas em madeira devido a sua leveza e
baixo custo, entretanto entre outros fatores, sua decomposição na natureza é lenta e quando pega fogo se
extingue quase que imediatamente, liberando gases ao meio. As pesquisas científicas têm indicado como
alternativa ao isopor a Bioespuma, produzida a partir de polímeros biodegradáveis, com um novo
caminho para substituir o Isopor na construção civil. (ESTEVES,1999).
Uma das principais características dos sistemas, Wood frame ou steel frame, é a leveza do edifício,
portanto a associação de fechamentos leves mantém a relação de eficiência. O quesito massa pode ser o
diferencial entre as fibras naturais, todas mais leves e com potencial de resgate de carbono. Entretanto
devemos considerar que em associação com o sistema steel frame as fibras apresentam como ponto
negativo sua capacidade de combustão, portanto devem ser tratadas com proteção ao fogo ou substituídas
por materiais como a lã de vidro ou lã de rocha.
4. EDIFICIOS DE QUATRO PAVIMENTOS EM STEEL FRAME NO BRASIL
O steel frame utiliza perfis dobrados a frio, ou formados a frio produzidos a partir de chapas finas com
espessura de 0.8 mm a 1,25mm (NBR 6355, 2003) formando a ossatura portante e utiliza diversos tipos
de painéis de fechamentos os externos como os painéis OSB (Oriented Standard Board), ou placas
cimenticias, etc. Os internos painéis Wall, painéis de gesso, etc. painéis leves que se ajustem ao
conceito imposto pela concepção estrutural de uma construção leve. Quando na vedacão externa se
aplica os painéis OSB derivados de madeira reflorestada, sobre o mesmo é colocado mantas protetora,
que determina um alto grau de estanqueidade a edificação e uma grande durabilidade da construção.
Sobre a manta, a construção recebe um revestimento final o siding vinilico ou laminas horizontais de
madeira. Os painéis internos de fechamento em gesso, permitem um grande conforto térmicos além da
proteção contra fogo da estrutura. O conforto térmico também é garantido pela dupla vedação e por
um isolante térmico, como por exemplo lã de rocha ou a lã de vidro. O conceito do edificio é
diretamente associada ao conceito de construção modular, até mesmo as medidas dos painéis são
multiplos de 60 cm com medidas de 1.20 x 2.40 e 1.20 x 3.0 metros.
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Um empreendimento de grande relevância para o desenvolvimento do processo do steel frame no Brasil,
é o conjunto habitacional “Colina das Pedras” construido em 2006, na cidade de Brangaça Paulista, pela
empresa STEEL FRAME DO BRASIL Ltda. O conjunto é composto de 26 torres com 2 apartamentos
por andar, com área privativa de 54,57m2. Os apartamentos tem sala de estar, dois dormitórios, cozinha,
banheiro, área de serviço. Os edificios são servidos por escada sem elevador. O condomínio conta com
uma estrutura de apoio com quadra poli-esportiva, piscina, 3 churrasqueiras e uma vaga de garagem para
cada apartamento. Os apartamentos são comercializados pela empresa Conspar Empreendimentos e
Participações Ltda.
Figura 3: conjunto habitacional Colina das Pedras finalizado.Fonte:empresa Steel frame do Brasil Ltda
Segundo Bernardo Sondermann diretor comercial da empresa “STEEL FRAME DO BRASIL Ltda”, a
técnica tem um grande potencial construtivo para ser empregado em edifícios de 4 pavimentos. Na
STEEL FRAME DO BRASIL Ltda o projeto estrutural é cuidadosamente analisado e seu sistema
construtivo é compatibilizado em todas as etapas.
As imagens da figura 4 mostram a sequencia
construtiva, fundação em radier, fixação das paredes portantes, travamento das paredes, colocação da
plataforma de piso sobre estrutura da parede. Nos edifícios “Colina das pedras” foi aplicada uma técnica
construtiva com alto grau de industrialização pois o revestimento externo foi fixado a estrutura em uma
linha de montagem e no canteiro foram utilizadas gruas para transporte da estrutura das paredes e da
plataforma de piso. A figura 4 mostra a estrutura da parede com vedação externa sendo transportada e
mostra a fixação da parede pelos funcionários. O radier foi reforçado na posição das paredes por “vigas
armadas e o piso estrutural armado com tela soldada”. (METALICA, 2006)
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Figura 4: fases da construção do conjunto habitacional Colina das Pedras
Fonte: Steel frame do Brasil Ltda.
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A figura 4 mostra os revestimentos das paredes externas que são constituídos de painéis OSB, e mostra
que antes da colocação das esquadrias foram cuidadosamente fixadas as mantas impermeabilizantes para
proteção dos cantos das janelas, todas as envoltórias dos edifícios receberam mantas impermeabilizantes
para proteger o OSB. O revestimento final são réguas horizontais em “siding vinílico” branco. As
estruturas das tesouras também são em perfil dobrado a frio, mas a cobertura do telhado foram telhas
cerâmicas. A figura 5 apresenta a composição da parede, a estrutura em steel frame, a lã de vidro para
promover uma maior capacidade térmica e acústica. A figura apresenta os fechamentos internos em
gesso, as impermeabilização das áreas molhadas, e o revestimento de piso.
Figura 5: composição da parede e revestimento interno conjunto habitacional Colina das Pedras
Fonte: Steel frame do Brasil Ltda
Sondermann afirma que enquanto são realizadas as fundações, a estrutura é preparada em fabrica com
precisão. Nos edifícios “Colinas das Pedras”, a construção ficou pronta em 90 dias, desde a fundação até
os revestimentos finais.
O processo construtivo, steel frame ainda é considerado como sistema inovador pela Caixa econômica
Federal (2002), mas apresenta desde 2002 um manual com os requisitos e condições exigidos para o
financiamento do sistema Steel Frame pela Caixa. O ministério da cidade, através do programa Brasileiro
de qualidade e produtividade o PBQP, no sistema nacional de Avaliações Técnica, produziu a diretriz
SINAT 03 (2010) que busca discutir e analisar as exigências estabelecidas na norma de desempenho NBR
15575(2012) ao sistema steel frame.
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5. CONCLUSÃO
A pesquisa discute o potencial dos sistemas leves e das composições dos sistemas de vedação e identifica
uma grande área de pesquisa nas composições dos fechamentos destes sistemas, em especial com
materiais renováveis produzidos a partir das fibras naturais como a fibra do coco, ou a fibra da cana,
devido a sua capacidade de fixar o CO2 e sua capacidade como isolamento térmico.
Apesar do aço gastar uma grande energia para sua produção, o sistema construtivo steel frame é um
sistema com um grande potencial de sustentabilidade pois o sistema pode ser produzido a partir de um
de um aço reciclado, apresenta qualidade e precisão construtiva determinada por um processo industrial
de montagem, um tempo de montagem muito rápido, utiliza painéis de fechamento produzidos a partir
de materiais renováveis com madeira de reflorestamento, como o OSB, além de determinar um projeto
com um bom isolamento térmico garantido no processo de produção industrial das paredes.
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SINAT. Sistemas construtivos Estruturados em perfis Leves de aço conformados a frio, com fechamentos em
chapas delgadas-Sistemas leves tipo “Light Steel Framing. Brasília: SINAT, 2010.
AGRADECIMENTOS
Ao MACKPESQUISA pelo apoio financeiro recebido
A Bernardo Sondermann e a empresa STEEL FRAME DO BRASIL Ltda pelas entrevistas e fotos e a
Conspar Empreendimentos e Participações Ltda por permitir a vista ao empreendimento Colina das
Pedras.
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